自旋锁不消耗 100% cpu

Question

#include "boost/smart_ptr/detail/spinlock.hpp"
boost::detail::spinlock lock;
main(){
    std::lock_guard<boost::detail::spinlock> guard(lock);
    while(true)
        {
                i=i+100;
        }
}

机器详情：

CPU：2

在线 CPU 列表：0,1

每个内核的线程数：1

每个插槽的核心数：2

套接字：1

上面的代码，当我跑的时候：

First instance => 占用了 100% 的 cpu（根据 top 命令）

Second instance => 花费了 97-98%，这两个实例的总和约为 195%-197%

我的假设是，一旦自旋锁获得 cpu，它就不会被 cpu 抢占（它不会被 cpu 通过调度其他线程来切换，此时保持线程（自旋锁定）处于调度状态队列），因此我期待第三个实例失败。 但它运行显示前两个进程线程被抢占了。

我哪里弄错了？

Answer 1

我认为您误解了自旋锁是什么。没有比这复杂多少：

class SpinLock {
public:
    void lock() {
        while (is_locked) { /*do nothing*/ }
        // ...MAGIC HAPPENS HERE...
        is_locked = true;
    }

    void unlock() {
        is_locked = false;
        // ...SUBTLE magic happens here...
    }

private:
    bool is_locked = false;
};

MAGIC 是使用特殊机器指令* 的代码，以确保如果多个线程同时在 while 循环中“旋转”，则只有其中 一个当其他线程调用unlock() 函数时，将看到is_locked == false 并退出循环。

我的假设是，一旦自旋锁获得 cpu...

自旋锁中没有任何东西可以“获取”CPU。这只是得到的代码 by 一个 CPU 运行，与您程序中的任何其他代码没有什么不同。经营的 系统 (OS) 决定在哪个 CPU 上运行哪个线程以及何时运行，什么都不做 自旋锁确实会影响这一点。

...它不会被 CPU 抢占。

CPU 不会抢占任何东西。 CPU 只是执行代码。当 CPU 发生时 要运行操作系统代码，操作系统可以选择抢占当前线程。旋转 锁对于哪个线程被抢占、何时被抢占或为什么被抢占没有任何影响。

“抢占”意味着操作系统暂停一些正在运行的线程并允许其他一些 线程轮流运行。它可以发生大约 100 次 其次，通常情况下，所涉及的线程都没有意识到这一点。

自旋锁对抢占没有影响的原因是，它们只是 代码。纯自旋锁不会调用操作系统或与操作系统通信 反正。操作系统无法分辨线程之间的区别 计算 pi 的位数，或者平衡银行账户的线程，或者等待自旋锁的线程。

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unlock() 函数中的SUBTLE magic 由 memory barrier instructions 组成，用于 强制执行 C++ memory model。这是一个深奥的话题—— 这个答案太深了。

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* C++ Atomic operations library 为您提供对那些“特殊”机器指令的低级访问权限。